Thu hồi năng lượng hãm tái sinh trong vận hành tàu điện đô thị bằng bộ chỉnh lưu tích cực

Bài viết đề xuất giải pháp thu hồi năng lượng hãm tái sinh bằng bộ chỉnh lưu tích cực (CLTC) lắp đặt tại trạm điện kéo có khả năng cho dòng năng lượng chảy hai chiều. Ở chế độ hãm dừng, động cơ làm việc như máy phát trả năng lượng về lưới, nhờ bộ chỉnh lưu tích cực, năng lượng hãm tái sinh sẽ được trả về nguồn lưới mà không bị đốt trên các điện trở hãm.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Thu hồi năng lượng hãm tái sinh trong vận hành tàu điện đô thị bằng bộ chỉnh lưu tích cực 61 TẠP CHÍ KHOA HỌC CÔNG NGHỆ GIAO THÔNG VẬN TẢI, SỐ 42-08/2021 THU HỒI NĂNG LƯỢNG HÃM TÁI SINH TRONG VẬN HÀNH TÀU ĐIỆN ĐÔ THỊ BẰNG BỘ CHỈNH LƯU TÍCH CỰC REGENERATIVE BRAKING ENERGY RECUPERATION FROM URBAN ELECTRIFIED TRAIN OPERATION BY ACTIVE RECTIFIER An Thị Hoài Thu Anh, 2Trần Văn Khôi, 3Đặng Việt Phúc 1 1 Trường Đại học Giao thông vận tải, Hà Nội 1 htanh.ktd@utc.edu.vn, tvkhoi.ktd@utc.edu.vn,3dvphuc.ktd@utc.edu.vn 2 Tóm tắt: Với công suất động cơ truyền động lớn, tổng mức tiêu thụ điện năng vận hành tàu điệncủa hệ thống đường sắt đô thị rất cao. Do đó, các giải pháp tiết kiệm năng lượng có ý nghĩa quantrọng, góp phần làm nổi bật những ưu điểm của tàu điện đô thị so với các loại phương tiện giao thôngkhác. Thu hồi năng lượng hãm tái sinh là giải pháp chủ đạo nâng cao hiệu quả tiết kiệm năng lượng.Bài báo đề xuất giải pháp thu hồi năng lượng hãm tái sinh bằng bộ chỉnh lưu tích cực (CLTC) lắp đặttại trạm điện kéo có khả năng cho dòng năng lượng chảy hai chiều. Ở chế độ hãm dừng, động cơ làmviệc như máy phát trả năng lượng về lưới, nhờ bộ chỉnh lưu tích cực, năng lượng hãm tái sinh sẽ đượctrả về nguồn lưới mà không bị đốt trên các điện trở hãm. Hiệu quả năng lượng của giải pháp nàyđược kiểm chứng bằng kết quả mô phỏng trên phần mềm Matlab Simulink với các dữ liệu thu thập từtuyến đường sắt đô thị Cát Linh - Hà Đông, Việt Nam. Đánh giá mức độ tiết kiệm năng lượng trongcác trường hợp có hoặc không sử dụng bộ chỉnh lưu tích cực đã chỉ ra sử dụng bộ chỉnh lưu tích cựctiết kiệm được 4.4% tổng năng lượng điện kéo. Từ khóa: Thu hồi năng lượng hãm tái sinh, chỉnh lưu tích cực, vận hành hiệu quả năng lượng,điều khiển bám điện áp lưới (VOC). Mã phân loại: 10.2 Abstract: With a large capacity, the total energy consumption for electrified train operation ofthe urban railway system is very high. Therefore, energy-saving solutions are very meaningful toretain their outstanding advantages compared to other means of transportation. Recoveringregenerative braking energy is the potential solution to improve energy efficiency. This paperproposes a solution to recover regenerative braking energy by an active rectifier installed at atraction substation capable of bi-directional energy flow. In the braking phase, the motor operates asa generator that returns energy to the utility source. Thanks to the active rectifier, regenerativebraking energy will be returned to the source without being burned on the braking resistors. Theenergy efficiency of this solution is verified by simulation results on Matlab Simulink software withsimulation data collected from Cat Linh-Ha Dong urban railway, Vietnam. Evaluating the level ofenergy savings in the cases with/without active rectifiers showed that using the active rectifier hadsaved 4.4% of the total traction electric energy. Keywords: Regenerative braking energy recuperation, active rectifier, energy-efficient operation,Voltage Oriented Control (VOC). Classification code: 10.2 1. Giới thiệu tiện ích) và nhóm giải pháp ứng dụng công Với những ưu điểm nổi bật: Vận hành nghệ tiên tiến (hãm tái sinh, hiệu quả năngđúng giờ, an toàn, khả năng vận chuyển lớn, lượng hệ thống sức kéo, đo và quản lý nănggiảm ùn tắc giao thông và khí thải ra môi lượng thông minh) [1]. Nhóm giải pháp cáctrường, hệ thống đường sắt đô thị ngày càng qui trình vận hành là tạo ra những thay đổiđược sử dụng rộng rãi khắp nơi trên thế giới. hiệu quả năng lượng khi vận hành đoàn tàuTuy nhiên điện năng cần cấp để vận hành mà không cần phải đầu tư thêm cơ sở hạ tầngđoàn tàu là rất lớn, nhiều giải pháp thu hồi của tuyến có sẵn; trong khi nhóm giải phápnăng lượng đã được đề xuất và áp dụng trong về ứng dụng công nghệ tiên tiến cần thay thế,thực tế. Hình 1 chỉ ra hai nhóm các giải pháp hoặc bổ sung hệ thống trang thiết bị đoàn tàu.tiết kiệm năng lượng: Nhóm giải pháp các Trong các giải pháp trình bày tại hình 1,qui trình vận hành (lái tàu hiệu quả năng giải pháp thu hồi năng lượng hãm tái sinh làlượng, giảm tiêu thụ năng lượng của dịch vụ hiệu quả nhất với mức độ năng lượng được62 Journal of Transportation Science and Technology, Vol 42, Aug 2021thu hồi lên đến 30% do khoảng cách giữa các Trong trạm điện kéo của hệ thống đoànkhu gian ngắn, tàu điện đô thị hãm dừng tàu vận hành hiện nay là các bộ chỉnh lưuthường xuyên [14]. Việc tái sử dụng năng diode chỉ cho dòng năng lượng chảy từlượng hãm tái sinh được thực hiện bằng nguồn tới tải. Khi tàu điện vận hành ở chế độnhiều cách thức: Sử dụng các thiết bị tích trữ hãm về ga, động cơ làm việc như máy phátnăng lượng như bánh đà, ắc qui, siêu tụ đặt trả năng lượng về lưới, năng lượng dư thừatrên tàu, tại trạm điện kéo [2], [8], [9], [13], này bị đốt trên điện trở hãm gây lãng phí và[14]; tối ưu biểu đồ chạy tàu để đồng bộ các làm tăng nhiệt độ môi trường. Do đó, đề xuấtgiai đoạn tăng tốc và giảm tốc của các đoàn thay thế chỉnh lưu diode bằng chỉnh lưu tíchtàu, sao cho đoàn tàu vận hành trong chế độ cực với ưu điểm: Chứa ít sóng hài bậc cao ...